Erzeugung einer haftfesten Kupferstartschicht auf Fadenmaterialien mittels PVD
(AiF-IGF 17821 BR)

Abstract

Im Projekt ist das PVD-Verfahren zur Abscheidung gleichmäßiger und haftfester Kupferstartschichten auf unterschiedlichen Monofilamenten erfolgreich untersucht worden. Die Technologieabfolge "Vorbehandlung – Metallisierung mittels PVD – Fadengalvanisierung – textiltechnologische Verarbeitung" kann für alle vier eingesetzten Monofilamente eingesetzt werden. Ein Vergleich mit nasschemischen Verfahren zur Abscheidung von Kupferstartschichten auf textilen Fadenmaterialien zeigt wesentliche Vorteile des PVD-Verfahrens auf.

The PVD method was successfully developed to deposit equal and adhesive thin metal layers of copper on various monofilaments. The technology sequence "Pretreatment – Metallization by PVD – Metal plating on thread materials – textile processing" was useable for all four monofilaments considered in the project. The comparison with wet chemical processes to deposit thin metal layers on textile thread materials shows essential advantages of the PVD technology.

Aufgabenstellung


Ziel des Projektes ist die gleichmäßige und haftfeste Vormetallisierung textiler Fadenmaterialien (Monofilamente) mit Kupfer mittels PVD-Verfahren und deren Vergleich mit nasschemisch abgeschiedenen Kupferstartschichten.
Während der Bearbeitung des Projektes werden textiltechnologische Verfahren mit solchen zur elektrochemischen Oberflächenmodifikation sowie zur Abscheidung funktioneller Schichten aus der Gasphase miteinander kombiniert.

Lösungsweg

Nach Auswahl von 4 Monofilamenten (2 Polyester, 1 Polyamid, 1 Polyphenylensulfid) folgen zwei Arbeitsschwerpunkte zur Vorbehandlung und zur Metallisierung mittels PVD.
Für die Vorbehandlung als ersten Arbeitsschwerpunkt werden sowohl Ergebnisse aus Untersuchungen des Wachstumskerns J1013 zur Aktivierung im CVD-Verfahren herangezogen als auch Versuche mit der vorgeschalteten Ionenquelle der hauseigenen PVD-Anlage durchgeführt. Vergleichend und ergänzend werden nasschemische Vorbehandlungsschritte durchgeführt.
Der zweite Arbeitsschwerpunkt gestaltet sich wesentlich umfangreicher und bildet den eigentlichen Kern des Projektes. Hier geht es darum, die Parameter für die Vormetallisierung der verschiedenen Monofilamente im PVD-Verfahren herauszuarbeiten, mit denen gleichmäßige Metallschichten mit definierten Eigenschaften erhalten werden (vgl. Abbildung 1). Umfangreiche Prüfungen zur Charakterisierung der Metallschicht und deren Haftung auf dem Monofil begleiten diese Versuchsreihen. Hierbei müssen auch immer wieder Rückschlüsse auf die Qualität der Vorbehandlung für deren Optimierung gezogen werden.
Zur Beurteilung der erreichten Schichteigenschaften dienen Widerstandsmessungen, mikro­skopische Verfahren und chemische Analyseverfahren sowie ein standardisierter TESA-Test nach Hausmethode in Kombination.
Die erreichten Ergebnisse werden mit solchen, die für nasschemisch verkupferte Materialien erzielt werden, verglichen. In einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden nasschemischer Prozess und PVD-Metallisierung als verschiedene Verfahren der Vormetallisierung textiler Substrate gegenübergestellt.

Abb. 1: Kupferbeschichtete Monofilamente ohne Vorbehandlung aus Polyester mikromatt mit einem Durchmesser von 200 µm und abgezogener TESA-Streifen zur Beurteilung der Haftfestigkeit der Kupferstartschicht
Abb. 1: Kupferbeschichtete Monofilamente ohne Vorbehandlung aus Polyester mikromatt mit einem Durchmesser von 200 µm und abgezogener TESA-Streifen zur Beurteilung der Haftfestigkeit der Kupferstartschicht

Anwendung/Einsatzmöglichkeiten

Ziel der Ergebnisauswertung ist eine Orientierungshilfe für potenzielle Hersteller, mit welcher Technologie metallisierte Textilien für den jeweiligen Anwendungsfall ökologisch und ökonomisch sinnvoll herstellbar sind, und in welche Anlagentechnik nachhaltig investiert wird.
Der Vergleich mit der nasschemischen Abscheidung dünner Kupferschichten auf Fadenmaterialien im Ergebnis des Projektes unterstreicht die Notwendigkeit der Erarbeitung von Technologien zur Erzeugung der Kupferstartschicht auf textilen Fadenmaterialien mittels physikalischer Methoden.
Der Einsatz der C-CVD als alternative Vorbehandlungsmethode erweist sich zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit als nicht erforderlich, wenn die an der PVD-Anlage vorhandenen Möglichkeiten zur Optimierung der Haftung (Ionenquelle, Abscheidung von Molybdän) voll ausgenutzt und optimiert werden. In Bezug auf den erreichten Fadenwiderstand nach der Metallisierung mittels PVD und anschließender galvanischer Verstärkung der Schichten erweist sich die CVD-Vorbehandlung sogar eher als ein Nachteil.
Besonderer Vorteil des PVD-Verfahrens ist, dass es sich um eine trockene Technologie handelt. Für die Vormetallisierung von textilen Materialien können nasschemische Prozessschritte (Vorbehandlung, außenstromlose Abscheidung von Metallen), die einen hohen Verbrauch an Chemikalien und Wasser bedingen, ersetzt werden. Auf diese Weise werden Ressourcen geschont, es entstehen keine schädlichen Abfälle, die aufwendig zu entsorgen sind. Es ist nicht mehr notwendig, für jede Metallisierung und jedes Polymer spezielle Lösungen zu erarbeiten, wie Prozesschemikalien zurückgewonnen, aufbereitet und erneut eingesetzt werden können. Im Gegenteil, mit leicht abgeänderten Parametern sind verschiedene Polymere mittels PVD-Verfahren metallisierbar.

Ansprechpartner

Dr. Yvonne Zimmermann
Öffnet ein Fenster zum Versenden der E-Maily.zimmermann(at)titv-greiz.de


Danksagung

Das IGF-Vorhaben 17821 BR der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil  e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Der Schlussbericht kann über das TITV Greiz angefordert werden.

 
Deutsch Englisch

News + + + News + + +

Warum die Zukunft textiler wird

FKT-Forschungsbericht mit 223 Abstracts erschienen

Schaffung einer neuen Geräteinfrastruktur für Smart Textiles

Logo EFRE Thüringen
Neue Apparaturen und Vorrichtungen für spezielle Untersuchungen an smarten Textilien

[Zeige alle News]